一种改性的碳纤维复合材料杆体的制作方法

1.本实用新型属于运动器械用杆体领域，具体涉及一种改性的碳纤维复合材料杆体。


背景技术：

2.随着经济增长和物质生活的丰富，各种休闲娱乐方式也逐步普及，如钓鱼、打羽毛球、射箭等等，已经逐渐成为了人们健康生活的体现。鱼竿、羽毛球拍、弓箭作为最初人们用于休闲运动的工具，现在也会逐渐用于一些竞技类型的体育或户外比赛中，而工具的优异的性能可极大的增加运动的趣味性，也能让使用者在使用过程中拥有更多的收获。
3.随着科技的发展，一种强度远超于钢铁且重量仅有钢铁一半的碳纤维材料逐渐进入大众视野，广泛的应用于各种体育器材、机械配件当中。碳纤维复合材料弹性储能模量大、强度高、比重轻，也逐渐的应用在性能要求较高的鱼竿中。绝大部分碳纤维复合材料杆体是采用无梭纺碳纤维纵向布制管，一般含碳量为30％-90％。用碳纤维制造的杆体具有轻、坚实、抗拉强度高的特点。
4.碳纤维复合材料杆体的制作工艺是将碳纤维预浸布的一端粘接在铁芯模具上，在铁芯模具上预涂刷脱模剂。随后将碳纤维预浸布连同模具送到卷管机上进行卷制，卷制好的碳纤维预浸布管送进固化炉进行固化。虽然碳纤维的运用能够较大的提升杆体的弹性储能和强度，但是碳纤维复合材料也存在一定的缺点，碳纤维复合材料厚度太薄，则容易出现脆性断裂，厚度太厚，则刚度太大，很难变形，一旦出现过大的变形则容易发生断裂。所以需要改善碳纤维复合材料杆体的弹性储能、韧性和刚度，并在回弹过程中能够具有较好的稳定性。


技术实现要素：

5.本实用新型针对上述现有技术存在的问题，提供了一种改性的碳纤维复合材料杆体。
6.为了实现上述的目的，实用新型采用以下技术措施：
7.一种改性的碳纤维复合材料杆体，包括碳纤维复合材料杆和设置在碳纤维复合材料杆内的非晶合金条带，所述非晶合金条带设有至少两条，至少两条所述非晶合金条带以所述碳纤维复合材料杆的中心线为中心发散性环绕设置所述碳纤维复合材料杆的管壁内部，各所述非晶合金条带在所述碳纤维复合材料杆内的形态包含以下至少一种：长条状、环状、螺旋状。
8.作为优选，所述非晶合金条带为长20-5000mm，宽0.01-3mm，厚0.01-1mm的非晶合金长条或直径为10-500μm的非晶合金丝。
9.作为优选，所述碳纤维复合材料杆由至少两层碳纤维预浸布卷绕而成，至少两条所述非晶合金条带固定在相邻两所述碳纤维预浸布之间。
10.作为优选，所述非晶合金条带呈0-180
°
排列设置在所述碳纤维预浸布上。
11.作为优选，各所述非晶合金条带呈90
°
竖直排列固定在相邻两所述碳纤维预浸布之间，非晶合金条带的长度方向与所述碳纤维复合材料杆的长度方向平行或重合。
12.作为优选，各所述非晶合金条带呈180
°
水平排列固定在相邻两所述碳纤维预浸布之间，非晶合金条带的长度方向与所述碳纤维复合材料杆的长度方向垂直。
13.作为优选，各所述非晶合金条带呈30
°‑
60
°
倾斜排列固定在相邻两所述碳纤维预浸布之间，各所述非晶合金条带平行。
14.作为优选，各所述非晶合金条带搭接形成网格结构固定在相邻两所述碳纤维预浸布之间。
15.作为优选，各所述非晶合金条带之间的间距相等。
16.作为优选，所述非晶合金条带的质量不超过杆体总质量的5％，单层非晶合金条带的面积占相邻两层的碳纤维预浸布总面积的10-40％。
17.有益效果在于：
18.与现有技术相比，本发明的改性的碳纤维复合材料杆体可以解决现有技术中单一碳纤维复合材料杆体的脆性较大，易出现层间开裂的问题，通过在碳纤维复合材料杆中添加非晶合金条带，非晶合金条带呈长条、环状或螺旋状设置在碳纤维复合材料杆中，能够有效地使应力重新分配，通过非晶合金条带自身变形使得应力释放，增加杆体的韧性和抗冲击性能。
19.此外，非晶合金条带具有高弹性储能特性，非晶合金条带可以在碳纤维复合材料杆体中吸收大量弹性能量，从而显著提高复合材料杆件变形后的回弹稳定性，而且，非晶合金条带可以设置在局部薄弱位置，对局部薄弱部位进行补强，可以缓解杆体中尺寸变化处或连接部分等的应力集中问题，进而减少杆体在薄弱部位的提前开裂与折断的可能性。
附图说明
20.图1为本发明的实施例1的非晶合金条带与碳纤维预浸布连接示意图；
21.图2为本发明的实施例1的改性的碳纤维复合材料杆体的结构示意图；
22.图3为本发明的实施例2的非晶合金条带与碳纤维预浸布连接示意图；
23.图4为本发明的实施例2的改性的碳纤维复合材料杆体的结构示意图；
24.图5为本发明的实施例3的非晶合金条带与碳纤维预浸布连接示意图；
25.图6为本发明的实施例3的非晶合金条带与碳纤维复合材料杆的连接示意图；
26.图7为本发明的实施例4的改性的碳纤维复合材料杆体的展开示意图；
27.图8为本发明的实施例4的改性的碳纤维复合材料杆体的结构示意图；
28.图9为本发明的实施例5的非晶合金条带与碳纤维预浸布连接示意图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接、通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.实施例1
33.一种改性的碳纤维复合材料杆体，包括碳纤维复合材料杆1和设置在碳纤维复合材料杆1内的非晶合金条带2，所述非晶合金条带2设有至少三条，至少三条所述非晶合金条带2以所述碳纤维复合材料杆1的中心线为中心发散性环绕设置所述碳纤维复合材料杆1的管壁内部，各所述非晶合金条带2在所述碳纤维复合材料杆内的形态为长条状。更详细的，在本实施中，所述非晶合金条带2设有6条，所述非晶合金条带2为长200mm，宽1mm，厚0.055mm的非晶合金条。
34.所述碳纤维复合材料杆1由多层碳纤维预浸布11卷绕而成，碳纤维预浸布11是在经过高压高温技术将环氧树脂复合在碳纤维上，各碳纤维相互编织成布，6条所述非晶合金条带2排列设置在相邻两所述碳纤维预浸布11之间，卷制好的碳纤维复合材料杆1表面使用聚丙烯塑料带进行缠绕，送进固化炉进行固化，即可得到改性的碳纤维复合材料杆体。
35.所述非晶合金条带2两侧的所述碳纤维预浸布11至少设有5层，至少5层所述碳纤维预浸布11通过环氧树脂复合连接。在本实施例中，所述非晶合金条带2两侧的所述碳纤维预浸布11均设有10层，在其他实施例中，所述非晶合金条带2两侧的所述碳纤维预浸布11的层数可以根据需要灵活设置。
36.在本实施例中，各所述非晶合金条带2呈90
°
竖直排列固定在相邻两所述碳纤维预浸布11之间，非晶合金条带2的长度方向与所述碳纤维复合材料杆的长度方向平行，且各所述非晶合金条带2之间的间距相等，所述非晶合金条带的总质量不超过杆体总质量的5％，单层所述非晶合金条带的总面积占其相邻的所述碳纤维预浸布总面积的10-40％。
37.所述非晶合金条带2为锆基非晶合金条带，优选为zr
62
(cu
0.5
ni
0.5
)
25
al
10
nb3，非晶合金条带2的加入可以增强碳纤维复合材料杆体的韧性、弹性储能、内耗和使用性能。
38.本实施例制备得到的改性的碳纤维复合材料杆体可用于制备羽毛球杆、鱼竿、弓臂。
39.实施例2
40.本实施例与实施例1的区别在于：
41.一种改性的碳纤维复合材料杆体，包括碳纤维复合材料杆1和设置在碳纤维复合材料杆1内的非晶合金条带2，所述非晶合金条带2设有不少于十条，所述非晶合金条带2为直径为10-500μm的非晶合金丝，本实施例中优选为55μm，但在其他实施例中，可根据杆体的大小、重量需求选择其他直径大小的非晶合金丝，只要在本技术直径范围内的数值，均落在本技术的保护范围。
42.此外，在本实施中，所述非晶合金条带2包括横向非晶合金条带21和纵向非晶合金
条带22，所述横向非晶合金条带21呈180
°
水平排列，所述纵向非晶合金条带22呈90
°
垂直排列，各所述横向非晶合金条带21之间的间隔相等，各所述纵向非晶合金条带22之间的间距相等，所述横向非晶合金条带21、纵向非晶合金条带22搭接形成网格结构固定在相邻两所述碳纤维预浸布11之间。在其他实施例中，各所述横向非晶合金条带21之间的间隔可以不相等，各所述纵向非晶合金条带22之间的间距可以不相等，杆体受力面可以设置更多非晶合金条带2。
43.所述碳纤维复合材料杆1由两层碳纤维预浸布11卷绕而成，碳纤维预浸布11是在经过高压高温技术将环氧树脂复合在碳纤维上，各碳纤维相互编织成布，所述非晶合金条带2排列设置在相邻两所述碳纤维预浸布11之间，卷制好的碳纤维复合材料杆1表面使用聚丙烯塑料带进行缠绕，送进固化炉进行固化，即可得到改性的碳纤维复合材料杆体。
44.卷制好的碳纤维复合材料杆1，所述纵向非晶合金条带22以所述碳纤维复合材料杆1的中心线为中心发散性环绕设置所述碳纤维复合材料杆1的管壁内部，各所述纵向非晶合金条带22在所述碳纤维复合材料杆内的形态为长条状，各所述横向非晶合金条带21在所述碳纤维复合材料杆1内的形态为环状，纵向非晶合金条带22的长度方向与所述碳纤维复合材料杆1的长度方向平行，横向非晶合金条带21的方向与所述碳纤维复合材料杆1的长度方向垂直。
45.更详细的，所述纵向非晶合金条带22采用钛基非晶合金条带，具体为ti
45
cu
30
(ni
0.4
zr
0.6
)
15
al
10
，断裂强度高、柔韧性好；所述横向非晶合金条带21采用锆基非晶合金条带，具体为zr
65
(cu
0.6
ni
0.4
)
20
a1
10
ti5，所述非晶合金条带的总质量不超过杆体总质量的5％，非晶合金条带的总面积占碳纤维预浸布总面积的10-40％，非晶合金条带2的加入可以增强碳纤维复合材料杆体的韧性、回弹性、抗冲击性和内耗等。
46.本实施例制备得到的改性的碳纤维复合材料杆体可用于制备鱼竿、弓臂、健身拉力棒、高尔夫球杆。
47.实施例3
48.本实施例与实施例1的区别在于：
49.一种改性的碳纤维复合材料杆体，包括碳纤维复合材料杆1和设置在碳纤维复合材料杆1内的非晶合金条带2，所述非晶合金条带2设有至少三条，至少三条所述非晶合金条带2以所述碳纤维复合材料杆1的中心线为中心发散性环绕设置所述碳纤维复合材料杆1的管壁内部，各所述非晶合金条带2在所述碳纤维复合材料杆内的形态为螺旋状。
50.所述碳纤维复合材料杆1由两层碳纤维预浸布11卷绕而成，所述碳纤维预浸布11是在经过高压高温技术将环氧树脂复合在碳纤维上，各碳纤维相互编织成布，所述非晶合金条带2设置在相邻两所述碳纤维预浸布11之间，卷制好的碳纤维复合材料杆1表面使用聚丙烯塑料带进行缠绕，送进固化炉进行固化，即可得到改性的碳纤维复合材料杆体。
51.各所述非晶合金条带2呈30
°‑
60
°
倾斜排列固定在相邻两所述碳纤维预浸布11之间，各所述非晶合金条带2平行，所述非晶合金条带2的排列方式有两种：第一种：所述非晶合金条带2的两端可分别延伸至所述碳纤维复合材料杆2的两端；第二种：采用至少两种非晶合金材质的非晶合金条带2上下交错排列设置，不同非晶合金材质的非晶合金条带2采用间隔排列。
52.更详细的，在本实施例中，各所述非晶合金条带2呈45
°
倾斜排列固定在相邻两所
述碳纤维预浸布11之间，各所述非晶合金条带2之间的间距相等，所述非晶合金条带2包括钴基非晶合金条带23和镍基非晶合金条带24，所述钴基非晶合金条带23的非晶合金具体为co
65
fe2b
20
si4nb4cr1；所述镍基非晶合金条带24的非晶合金具体为ni
60
(zr
0.65
ti
0.35
)
30
cu
10
，钴基非晶合金条带23与镍基非晶合金条带24采用间隔排列，所述非晶合金条带的总质量不超过杆体总质量的5％，非晶合金条带的总面积占碳纤维预浸布总面积的10-40％。
53.本实施例制备得到的改性的碳纤维复合材料杆体可用于制备鱼竿、弓臂、健身拉力棒、高尔夫球杆。
54.实施例4
55.本实施例与实施例1的区别在于：
56.所述非晶合金条带设有3层，每层所述非晶合金条带的两侧均设有所述碳纤维预浸布，每层所述非晶合金条带两侧的所述碳纤维预浸布至少设有5层，在本实施例中，每层所述非晶合金条带两侧的所述碳纤维预浸布设有10层，在其他实施例中，每层所述非晶合金条带两侧的所述碳纤维预浸布的数量可以适当调整，以满足杆体的强度需要。
57.本实施例制备得到的改性的碳纤维复合材料杆体可用于制备鱼竿、弓臂、健身拉力棒、高尔夫球杆。
58.实施例5
59.本实施例与实施例1的区别在于：
60.在本实施例中，所述非晶合金条带采用上下交错排列(参考图9)更详细的，空间重合部分位于杆体的端部或受力部位。
61.本发明所采用的非晶合金条带2包括铁基非晶合金条带，铁基非晶合金的通式为fe
e1be2ye3
nb
e4
ti
e5
m5
e6
，其中65≤e1≤75，15≤e2≤25，0≤e3≤5，0≤e4≤5，0≤e5≤5，0≤e6≤10且e1 e2 e3 e4 e5 e6＝100；其中m5为mo，在该成分质量范围内，优选为fe
71b18
y3nb2ti4mo2，该铁基非晶合金条带强度高、韧性强度好。
62.综上所述，本发明的改性的碳纤维复合材料杆体可以解决现有技术中单一碳纤维复合材料杆体的脆性较大，易出现层间开裂的问题，通过在碳纤维复合材料杆中添加非晶合金条带，非晶合金条带呈长条、环状或螺旋状设置在碳纤维复合材料杆中，能够有效地使应力重新分配，通过非晶合金条带自身变形使得应力释放，增加杆体的韧性和抗冲击性能。
63.以上内容是结合具体的优选实施方式对实用新型所作的进一步详细说明，不能认定实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于实用新型的保护范围。